基于焊件三維裝配體的機(jī)器人焊接離線編程

1、基于焊件三維裝配體的機(jī)器人焊接離線編程    摘要：機(jī)器人離線編程焊接成為焊接自動化技術(shù)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志?；鵩'robotstudio焊接機(jī)器人工作站，通過導(dǎo)入s0lidworks軟件創(chuàng)建的焊件三維裝配體可實(shí)現(xiàn)三維裝配體復(fù)雜空間曲線焊縫程序的自動創(chuàng)建，并對程序進(jìn)行解析、測試和模擬。該離線編程系統(tǒng)以及生成的焊縫程序可加載至車閉的生產(chǎn)機(jī)器人真實(shí)控制器內(nèi)。提高焊接質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞：焊接；機(jī)器人；離線編程；robotstudio中圖分類號： tg44473 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： b焊接機(jī)器人在現(xiàn)代生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用而我國目前應(yīng)用的焊接機(jī)器人主要依靠在

2、線示教的工作方式。進(jìn)行在線示教編程時(shí)必須停止生產(chǎn)作業(yè)而且在沒有視覺傳感器跟蹤的情況下機(jī)器人運(yùn)動軌跡的精度主要依賴于操作者的耐心、細(xì)致程度及其目測精度。隨著焊接機(jī)器人在中小批量生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，以及焊接作業(yè)的復(fù)雜程度不斷增加，傳統(tǒng)的示教編程方式已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代焊接生產(chǎn)發(fā)展的要求。解決問題的有效途徑之一，就是采用離線編程技術(shù)，把操作者從在線示教編程中解放出來并充分發(fā)揮焊接機(jī)器人的使用效率，進(jìn)一步提高生產(chǎn)過程的自動化，降低生產(chǎn)成本，提高焊接精度。在鍋爐、化工容器、自行車車架、大型儲油罐等生產(chǎn)制造中，以多個(gè)支管和主管形成的接頭焊縫均為復(fù)雜的空間曲線 馬鞍形焊縫。而馬鞍形焊縫采用人工焊接勞動強(qiáng)度

3、大、生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量低因此采用高自動化和柔性化的弧焊機(jī)器人進(jìn)行焊接非常必要。采用在線示教機(jī)器人進(jìn)行焊接，即使熟練的示教人員要示教好一條馬鞍形焊縫也往往也需花費(fèi)半個(gè)工作et。而鍋爐、化工容器等焊接件的主管和支管直徑種類繁多，需要示教的馬鞍形焊縫多達(dá)上百個(gè)，生產(chǎn)效率明顯降低。因此，在這些復(fù)雜馬鞍形焊縫零部件的焊接中，更加迫切需要采用離線編程技術(shù)，提高企業(yè)生產(chǎn)的自動化和柔性化 。筆者通過利用solidworks進(jìn)行三維建模， 結(jié)合abbrobotstudio v507的離線編程和機(jī)器人仿真功能。探討對這種復(fù)雜馬鞍形焊縫零部件的機(jī)器人焊接離線編程技術(shù)，并對程序進(jìn)行測試、解析和模擬。1 創(chuàng)建焊接路徑程

4、序流程離線編程流程方框圖如圖1所示。收稿日期：20070402：修回日期：20070725創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng)h 創(chuàng)建目標(biāo)和路徑添加控制h 檢查目標(biāo)方位檢查伸展極度h 將程序與虛擬控制器同步h 測試程序圈1 離線編程流程方框圖2 創(chuàng)建焊接路徑和路徑程序分析abb robotstudio v507是abb公司最新發(fā)行的機(jī)器人模擬與離線編程工業(yè)工具。它以abb virtualcontroller為基礎(chǔ)，與機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行的軟件完全一致。因此，借助abb模擬與離線編程軟件robotstudio，可在家或辦公室完成機(jī)器人編程，再將程序加載至車間的真實(shí)irc5控制器內(nèi)，從而提高整體生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。2

5、1 創(chuàng)建焊接路徑依據(jù)圖1的離線編程流程方框圖打開已創(chuàng)建的6關(guān)節(jié)機(jī)器人焊接工作站，如圖2所示。0 淤 00 一 一耋糍 0 圖2 機(jī)器人焊接工作站從圖2中可見，焊接工件的焊縫為管與管形成的復(fù)雜馬鞍形空間曲線，該空間曲線是化工容器、大型儲油罐、鍋爐等機(jī)械構(gòu)件的典型焊接作業(yè)路徑。由于robotstudio軟件的三維造型功能弱， 因此在solidworks軟件中創(chuàng)建焊件的三維裝配體cad圖形， 再利用robotstudio的cad 圖形轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換成44 ·焊接設(shè)備與材料· 焊接技術(shù) 第36卷第5期2007年1o月robotstudio的后綴名為sat的格式文件。將被焊工件裝配幾何

6、體導(dǎo)入已創(chuàng)建的robotstudio焊接機(jī)器人工作站中，以便為robotstudio在創(chuàng)建焊接作業(yè)路徑曲線時(shí)提供基于精確cad的管與管馬鞍形三維空間曲線。圖3為robotstudio選擇基于焊件cad模型物體間邊界的管與管三維馬鞍形焊接作業(yè)路徑。圖3中左邊黃色警告符號 和圈表示該robotstudio機(jī)器人不具備有效軸配置的目標(biāo)點(diǎn)，因此機(jī)器人不能到達(dá)三維馬鞍形焊縫。右鍵單擊路徑并選擇自動配置機(jī)器人依次到達(dá)路徑內(nèi)的每個(gè)目標(biāo)并添加控制以便設(shè)置配置。隨后通過檢查目標(biāo)方位，調(diào)整焊槍tcp的姿態(tài)，以便機(jī)器人的焊槍tcp點(diǎn)到達(dá)整個(gè)空間焊縫      和電弧

7、產(chǎn)生的熱量沿焊縫均勻分布保證焊縫的力學(xué)性能。最后檢查工作站的伸展極度，使機(jī)器人能夠到達(dá)所創(chuàng)建的整個(gè)焊接路徑，圖3中的黃色警告符號消除變成和園，完成機(jī)器人可達(dá)的焊接路徑，見圖4的左邊。 欺 任莽j墓itj喇i醒 工翼數(shù)據(jù)毋工忭對象與匿標(biāo)· 麓,abjo麓 。 0 t tj0t s·tj0t ·t hrnt o yt 50傍t 善tt國t tj0·t瑚t tt； 圓t ttoo§ t ¨ i10靜t “一l2口 路徑掏懸圖3 無軸配置的無效目標(biāo)點(diǎn)和路徑拳tj舢黝工具觳撼巍毋工傳塒量龜目標(biāo) -joi 。 j0腫 tpt10轡t ·

8、t_鞠轡t t 30圓t i·t圓t tl圓t t e。固t tj0固 t_鯛國t”p鑄t i國t ti10 t ti2。 t t lj3。端檉t·tj o蹬#一j t ¨i醞- “ pt2o髓mvv*l tt*t 髓io*l f ptj0融_l t ·t覡_。 l t #tt髓_一l t |ll?！?l t t 8。圖4 軸配置的可達(dá)目標(biāo)點(diǎn)和路徑在圖4中依次用鼠標(biāo)右擊目標(biāo)點(diǎn)，可查看機(jī)器人可達(dá)作業(yè)目標(biāo)點(diǎn)相對于控制器的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，3個(gè)焊槍tcp的 ，y，：相對坐標(biāo)、3個(gè)焊槍tcp的橫滾、俯仰、偏轉(zhuǎn)姿態(tài)角度。22 機(jī)器人路徑程序的自動生成與解析robotstu

9、dio軟件的機(jī)器人運(yùn)動軌跡是采用逐點(diǎn)編程方式主程序結(jié)構(gòu)為：module mainmodule主程序模塊proc main 0 主程序<smt>path_ 10； 作業(yè)路徑endproc 結(jié)束主程序endm0dule ，結(jié)束主程序模塊圖3中自動創(chuàng)建的路徑， 由于沒有動作指令，不能模擬真實(shí)的焊接作業(yè)，因此必須添m2條動作指令：第1條為啟動機(jī)器人的內(nèi)置原點(diǎn)到焊接作業(yè)的編程原點(diǎn)的動作指令，位于路徑程序的始端：第2條為焊接路徑結(jié)束目標(biāo)點(diǎn)到編程原點(diǎn)的動作指令，位于路徑程序的末端。添加動作指令之前必須在圖4中設(shè)置編號為130的編程原點(diǎn)，機(jī)器人編程原點(diǎn)位置一般選在2個(gè)工位之間以及離工件稍遠(yuǎn)的地方。

10、動作指令位于路徑開頭和在另一路徑后， 因此將以下編號為130的編程原點(diǎn)動作指令插入程序的開頭和結(jié)束位置。導(dǎo)出添加編號130的編程原點(diǎn)后可達(dá)的機(jī)器人語言程序的解析如下： vers10n：1language：english m0dule module1constrobtargettarget_ 1 30： = 650， -100， 400，_m30526192220051，527143236184999e-17j口9914448613738l1，527143236184997e一17， f一1， o， 一1， o， 9e9，9e9，9e9，9e9，9e9，9e9；編程原點(diǎn)130在工作站中的位姿表示

11、perstooldataaw_ gun：= true， 1195，0， 352，0890213945465332，0，0455542677802034，0， 1，0，0，100， 1，0，0，0，0，0，0；焊槍位姿表示constrobtargettarget_ 1(k=591585l35748463， -606728563980876，279266555638475， o158945970512255，一ql23364488083367，095547294l879245，021584447844331 8，0，一1，0，0， 9e9，9e9，9e9，9e9，9e9， 9e9；作業(yè)目標(biāo)點(diǎn)10位

12、姿表示cconstrobtargettarget_ 120：=【591585135748463，瑚害砒砒 吼吼札 妻吼吼一 ¨ 皇盂l苫 王窨 j昌王窨 j蠡h酪融 躲黲艇躲懋黲酗躲魁welding technology vo136 no5 oct2007 ·焊接設(shè)備與材料· 45 606728563980875，279266555638475】， 【00013258743957609 一0158145079051738， 一0971892480498043， 0174394330126202】， 【0， 一1， 0， 0】， 【9e9， 9e9， 9e9， 9e

13、9，9e9，9e91】；proc path一 10 0movej target_130，vl0，z0，aw_gunwobj：=wobj0；movel target_ 10，vl000，zlo0，aw gunwobj：=wobj0；movel target_ 120，vl0，z0，aw gunwobj：=wobj0；movej target_130，vlo00，zlo0，aw_ gunwobj：=wobj0；endprocendm0dule，符號表示對于基于位姿表示各機(jī)器人焊槍末端點(diǎn)tcp的機(jī)器人程序的解讀分析。movejtarget_130，vl0，z0，aw_gunwobj：=wobj0語句

14、表示動作指令，當(dāng)運(yùn)行完整的焊接程序時(shí)，機(jī)器人運(yùn)行到在編程原點(diǎn)130處， 控制器啟動焊接參數(shù)(包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度、提前送氣時(shí)間等)。moveltarget_ 20，vl0，z0，aw_ gunwobj：=wobj0語句表示基于焊接構(gòu)件裝配體空間曲線自動創(chuàng)建的移動指令movel移動指令用于指定機(jī)器人移動至目標(biāo)的速度和準(zhǔn)確性的語句，l表示該點(diǎn)與前一點(diǎn)之間是連成一條直線采用直線插補(bǔ)方法控制機(jī)器人的運(yùn)動，屬連續(xù)路徑控制。v10表示焊槍工具中心點(diǎn)tcp、工具重新定位和外軸的速度為10 mms。焊槍移到該語句時(shí)，被焊接裝配體起焊，焊絲的端頭對準(zhǔn)接縫，以圖4中調(diào)好的焊槍姿態(tài)進(jìn)行焊接作業(yè)。3 模擬

15、作業(yè)路徑鼠標(biāo)右點(diǎn)擊圖4中的虛擬控制器，選擇與虛擬控制器同步并進(jìn)行設(shè)置，選擇模擬添加圖4倉u建的路徑。再啟動模擬監(jiān)控命令，可在模擬期間通過畫一條跟蹤tcp的藍(lán)色彩線而目測機(jī)器人的關(guān)鍵運(yùn)動。點(diǎn)擊播放，完成焊接路徑仿真，如圖5所示。圖5 焊接路徑模擬仿真圖5中路徑開始點(diǎn)為機(jī)器人的內(nèi)置原點(diǎn)，機(jī)器人以1 000mms的速度快速運(yùn)行到編程原點(diǎn)130后，焊槍工具中心點(diǎn)tcp再以10 mms完成目標(biāo)點(diǎn)130到10到20 到120到130最后快速返回到機(jī)器人的內(nèi)置原點(diǎn)。焊接路徑模擬仿真的同時(shí)啟動過程計(jì)時(shí)器可測量機(jī)器人運(yùn)行模擬或沿路徑移動所需時(shí)間為480 8。焊接路徑模擬仿真。4 模擬程序部署與發(fā)行robotst

16、udio編制的焊縫路徑rapid 程序和模塊存儲在robotware系統(tǒng)內(nèi)?？蓪⒁陨系某绦虮４嬷羛c上的文件內(nèi)，加載至車間的真實(shí)irc5控制器內(nèi)。極大地提高了焊接生產(chǎn)率和質(zhì)量。5 結(jié)論(1)將三維solidworks軟件創(chuàng)建的管與管形成的復(fù)雜馬鞍形空間曲線焊件裝配體導(dǎo)入到機(jī)器人離線編程軟件robotstudio中， robotstudio提取裝配體的三維空間曲線 自動生成復(fù)雜空間曲線焊縫的路徑。(2)分析了abb機(jī)器人程序的語言格式，進(jìn)行了離線仿真試驗(yàn)。(3)將創(chuàng)建的焊縫路徑程序通過虛擬控制器，裝載到車間生產(chǎn)機(jī)器人實(shí)施焊接作業(yè)。實(shí)現(xiàn)了焊接自動化的cadcam生產(chǎn)，保證了焊接生產(chǎn)過程的高效率和高質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1田勁松機(jī)器人弧焊任務(wù)級離線編程技術(shù)的研究d黑龍江哈爾濱：*工業(yè)大學(xué)20012劉永機(jī)器人離線編程系統(tǒng)研究d江蘇南京：南京理工大學(xué)20003王克鴻，劉永，徐越蘭，等弧焊機(jī)器人離線編程系統(tǒng)j焊接學(xué)報(bào)，2001，22(4)：84864吳林， 陳善本智能化焊接技術(shù)m北京：國防工業(yè)出版社，